Pieauguša organisma cilmes šūnas nodrošina normālu cilvēka augšanu un attīstību, piedalās slimojošu, bojātu vai nolietojušos audu reģenerācijā, taču šīs pieaugušo šūnas nav tik universālas kā embrijam. Tās var diferencēties tikai šūnu tipā, kas ir specifisks audiem, kuros tās sastopamas. Saņēmušas signālu, kuru izraisa jebkāds audu bojājums vai slimība, šīs šūnas sāk dalīties (viena no meitšūnām paliek par cilmes šūnu, bet otra specializējas). Tās kļūst par bojāto audu šūnām un tādā veidā atjauno traucēto organisma līdzsvaru. Kad audos esošās cilmes šūnas izsīkst, uz tiem papildus tiek nosūtītas īpašas kaulu smadzeņu cilmes šūnas.
Vislabāk pazīstamas ir kaulu smadzeņu cilmes šūnas.
Kaulu vidū esošās kaulu smadzenes ir pilnas ar cilmes šūnām, no kurām veidojas visas asins šūnas. Bērniem un pieaugušajiem, kas saslimuši ar asins vēzi, ne vienmēr palīdz ārstēšana tikai ar zālēm (ķīmijterapija, imūnterapija). Daļai no viņiem var palīdzēt tikai donora kaulu smadzeņu (cilmes asinsrades šūnu) pārstādīšana. Transplantācijas laikā slimojošās pacienta asinsrades šūnas tiek nomainītas pret veselām donora šūnām, kuras atkal sāks ražot veselas asinis. Cilmes šūnu izņemšana no kaulu smadzenēm ir ķirurģiska procedūra. Donoram lieto vietējo vai vispārējo anestēziju un visbiežāk no zarnu kaula ar sterilu adatu paņem kaulu smadzenes. Procedūra ilgst dažas stundas un tiek paņemts apmēram 700-1500 ml asins un kaulu smadzeņu suspensijas.
Cilmes šūnas, kaut arī mazos daudzumos, var atrast arī cirkulējošās (tā sauktajās perifērajās) asinīs. Tās tiek savāktas, kad slimnieks atveseļojas pēc intensīvas ķīmijterapijas, kamēr to skaits asinīs palielinās, vai no donora asinīm. Donoram dažas dienas ievada augšanas faktoru – speciālu olbaltumvielu, kas veicina cilmes šūnu vairošanos un izmešanu asinīs. Ja asinīs sakrājas pietiekams cilmes šūnu daudzums, tās var savākt. Savākšanas procedūra ilgst apmēram 3–8 stundas.
Ir ļoti svarīgi, lai būtu atbilstošs kaulu smadzeņu donors. Vispirms donors jāmeklē starp ģimenes locekļiem (izmeklē brāļus un māsas). Taču cerība atrast piemērotu donoru ģimenē ir tikai apmēram 20 %. Citiem slimniekiem nepieciešams sameklēt piemērotu donoru Lietuvas vai Pasaules neradniecisku kaulu smadzeņu donoru reģistrā. Diemžēl dažkārt pat no 12 miljoniem brīvprātīgo kaulu smadzeņu donoriem nevar atrast piemērotu. Tādēļ tiek meklētas alternatīvas, lai būtu iespējams izglābt vairāk dzīvību.